TW202006201A - 碳纖維及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明的課題在於獲得一種在碳纖維強化複合材料的成形加工時不易破損、顯現出優異的碳纖維強化複合材料的彈性係數的碳纖維。一種碳纖維，股線彈性係數為360 GPa以上，並且股線強度為3.5 GPa以上且單纖維直徑為6.0 μm以上，進而滿足以下必要條件中的一個以上。 （I）將一端設為固定端，並將另一端設為能夠進行相對於纖維束的軸的旋轉的自由端時，殘留的撚數為2 T/m以上 （II）作為碳纖維而言的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度為740 g/km以上。 而且，為一種單纖維彈性係數Es（GPa）與環斷裂負荷A（N）滿足式（1）的關係的碳纖維。 A≧-0.0017×Es+1.02 ･･･式（1） 而且，為一種單纖維直徑為6.0 μm以上、股線彈性係數E（GPa）與450℃下的加熱減量率為0.15%以下時評價的結節強度B（MPa）的關係滿足式（2）、撚數為20 T/m～80 T/m的碳纖維。 B≧6.7×10⁹ ×E^-2.85 ･･･式（2）

Description

碳纖維及其製造方法

本發明是有關於一種碳纖維及其製造方法。

碳纖維在比強度、比彈性係數方面優異，藉由用作碳纖維強化複合材料的強化纖維能夠實現構件的大幅輕量化，所以作為對於實現能量利用效率高的社會而言不可或缺的材料之一，而在廣泛的領域中得到利用。近年來，在以汽車或電子設備框體等為首的降低成本的要求強烈的領域中亦進行了應用，所以強烈要求降低亦包括成形成本的最終構件成本。

為了有效果地降低最終構件成本，不僅僅是碳纖維自身的成本削減（cost down），而且藉由碳纖維的性能提升而帶來的所需量降低或藉由成形加工性的改善而帶來的成形成本降低等綜合性的方法亦重要。

然而，例如在以一面維持作為最終構件的重要特性之一的剛性一面減少碳纖維的使用量為目的的情況下，若僅單純地應用現有的高彈性係數碳纖維，大多未必會帶來最終構件的成本削減。其原因在於：現有的高彈性係數碳纖維的生產性低，容易變得昂貴，或者由於成形加工性低，至最終構件為止的總加工成本容易變高。碳纖維的成形加工性例如由作為絲束而言的操作性的良好度、起毛困難度、連續生產碳纖維強化複合材料時在碳纖維筒管（bobbin）的切換時所需的線拼接的容易度等、至成為最終構件為止的各種步驟中的處理性或步驟通過性來決定。

而且，近年來，特別是以重視降低成本的用途為中心，將碳纖維作為不連續纖維來利用的情況不斷增加。一般而言，在將碳纖維用作不連續纖維的情況下，由於成形加工製程中的剪切或彎折，碳纖維的纖維長度容易變短。現有的高彈性係數碳纖維的此傾向特別強，即便碳纖維的拉伸彈性係數高，亦不會相應地有效果地提高最終構件的剛性。

得到最廣泛利用的聚丙烯腈系碳纖維是經過將碳纖維前驅體纖維在200℃～300℃的氧化性氣體環境下轉換為耐火化纖維的耐火化步驟、在300℃～2000℃的惰性氣體環境下進行碳化的碳化步驟而工業性地製造。而且，聚丙烯腈系的高彈性係數碳纖維進而經過在最高溫度3000℃的惰性氣體環境下進行石墨化的石墨化步驟而工業性地製造。所述石墨化步驟可有效果地提高碳纖維的拉伸彈性係數，但另一方面，容易需要應對高溫的設備，或者容易因碳纖維中的結晶生長得到促進，而使所獲得的碳纖維的拉伸強度或壓縮強度等變低。並且，此種高彈性係數碳纖維容易成為所述作為碳纖維而言的生產性、或獲得碳纖維強化複合材料時的成形加工性低的碳纖維，在作為不連續纖維來使用的情況下，纖維長度容易變短。

亦提出了幾種藉由石墨化以外的方法來提高碳纖維的拉伸彈性係數的方法。作為其中之一，提出了在碳纖維的製造步驟中賦予高的張力的方法。

在專利文獻1、專利文獻2中提出了一種藉由控制聚丙烯腈共聚物的分子量，即便在碳化步驟中賦予高的張力，亦可抑制毛羽的產生的技術。

在專利文獻3中，提出了藉由在耐火化步驟、預碳化步驟中進行高延伸來提高股線彈性係數的技術。

進而，在專利文獻4～專利文獻7中提出了藉由對碳纖維前驅體纖維束施加交織、在專利文獻8及專利文獻9中提出了藉由施加撚來提高碳化步驟中的步驟通過性的技術。

專利文獻10中提出了一種藉由交織或有撚來控制預碳化纖維束的試驗長度依存性，並以高張力進行碳化，藉此來提高所獲得的碳纖維的股線彈性係數，並且抑制碳纖維與基質的接著性的下降的技術。

在專利文獻11中提出了藉由控制碳纖維前驅體纖維束的共聚組成，即便單纖維纖度大，結節強度亦高，而成形加工性優異的碳纖維。

而且，在專利文獻12中，同樣地提出了即便單纖維直徑粗機械性特性的下降亦得到了抑制的碳纖維。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第WO2008/047745號 [專利文獻2]日本專利特開2009-256833號公報 [專利文獻3]國際公開第WO2008/063886號 [專利文獻4]日本專利特開2001-49536號公報 [專利文獻5]日本專利特開平10-195718號公報 [專利文獻6]日本專利特開2000-160436號公報 [專利文獻7]日本專利特公昭47-026964公報 [專利文獻8]日本專利特開昭56-091015號公報 [專利文獻9]日本專利特開2002-001725號公報 [專利文獻10]日本專利特開2014-141761號公報 [專利文獻11]國際公開第WO2013/157613號 [專利文獻12]國際公開第WO2013/157612號

[發明所欲解決之課題] 然而，先前的技術存在如下問題。

在專利文獻1、專利文獻2中，雖控制了聚丙烯腈共聚物的分子量，但由此帶來的碳化步驟中的極限延伸張力的提高效果小，不能期待股線彈性係數的大幅提高。

在專利文獻3中，雖將至預碳化步驟為止的延伸比設定得高，但容易提高碳纖維的股線彈性係數的碳化步驟中的延伸比低，不能期待股線彈性係數的大幅提高。

在專利文獻4～專利文獻9中，對於提高碳化步驟的延伸比無任何關注，亦無關注它們的思想。

在專利文獻10中示出了能夠以高的水準兼顧股線彈性係數與基質的接著性、股線強度，並示出了碳化步驟的通過性亦良好。然而，關於獲得碳纖維強化複合材料時的成形加工性、或作為不連續纖維來使用時的纖維折損，並無任何關注，亦無關注它們的思想。

在專利文獻11及專利文獻12中，對於碳化步驟中的延伸比並無特別關注，在實施例中，藉由提高碳化溫度而將股線彈性係數最高提高至343 GPa。雖無記載，但在提高碳化溫度的先前的方法中，與市售的高彈性係數等級（grade）的碳纖維同樣地，容易成為獲得碳纖維強化複合材料時的成形加工性低者。而且，對於作為不連續纖維來使用時的纖維折損並無任何關注，亦無關注它們的思想。

綜上所述，在先前的技術中，並未記載以高的水準兼顧碳纖維的拉伸彈性係數與成形加工性、以及作為不連續纖維來利用時的纖維長度維持的容易度的方法，為了實現作為最終構件而言的總成本削減，課題是獲得以高的水準兼顧該些的方法。 [解決課題之手段]

為了達成所述目的，本發明的碳纖維的第一態樣為一種碳纖維，股線彈性係數為360 GPa以上，並且股線強度為3.5 GPa以上且單纖維直徑為6.0 μm以上，進而滿足以下的必要條件（I）或（II）。 （I）將一端設為固定端，並將另一端設為能夠進行相對於纖維束的軸的旋轉的自由端時，殘留的撚數為2 T/m以上 （II）作為碳纖維而言的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度為740 g/km以上。

而且，本發明的碳纖維的第二態樣為一種碳纖維，單纖維彈性係數Es（GPa）與環斷裂負荷A（N）滿足式（1）的關係。 A≧-0.0017×Es+1.02 ･･･式（1） 而且，本發明的碳纖維的第三態樣為一種碳纖維，單纖維直徑為6.0 μm以上，股線彈性係數E（GPa）與450℃下的加熱減量率為0.15%以下時評價的結節強度B（MPa）的關係滿足式（2），撚數為5 T/m～80 T/m。 B≧6.7×10⁹ ×E^-2.85 ･･･式（2） 而且，本發明的碳纖維的製造方法是在空氣氣體環境中，在200℃～300℃的溫度範圍內對碳纖維前驅體纖維束進行耐火化處理，並對所獲得的耐火化纖維束進行在惰性氣體環境中，在最高溫度500℃～1000℃下進行熱處理，直至密度成為1.5 g/cm³ ～1.8 g/cm³ 的預碳化，進而對所獲得的預碳化纖維束進行在惰性氣體環境中進行熱處理的碳化，並且，所述碳纖維的製造方法的特徵在於，碳纖維前驅體纖維束的單纖維纖度為0.9 dtex以上，將碳化處理中的張力控制在5 mN/dtex以上，並滿足以下的（III）或（IV）。 （III）將供於碳化處理的纖維束的撚數設為2 T/m以上 （IV）將所獲得的碳纖維的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度設為740 g/km以上。 [發明的效果]

本發明的碳纖維是兼顧優異的拉伸彈性係數與向複合材料的成形加工性，即便在作為不連續纖維來使用的情況下亦容易維持纖維長度的碳纖維。本發明的碳纖維對於降低碳纖維的所需量、提高複合材料的生產性及力學特性是有效的。

在本發明中，將碳纖維的單纖維及其集合體簡稱為碳纖維。作為本發明中的碳纖維的單纖維的集合體，包括束狀、網狀、或者將它們複合化而成者等各種形態。本發明的碳纖維的製造方法將後述。

在本發明中，拉伸彈性係數是指代藉由碳纖維的單纖維拉伸試驗而評價的單纖維彈性係數、以及利用後述的方法而評價的股線彈性係數的總稱。單纖維彈性係數與股線彈性係數的關係將後述。

本發明的碳纖維的第一態樣為一種碳纖維，股線彈性係數為360 GPa以上，並且股線強度為3.5 GPa以上且單纖維直徑為6.0 μm以上，進而滿足以下的必要條件（I）或（II）。另外，若滿足（I）及（II）兩者，則更佳。 （I）將一端設為固定端，並將另一端設為能夠進行相對於纖維束的軸的旋轉的自由端時，殘留的撚數為2 T/m以上 （II）作為碳纖維而言的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度為740 g/km以上。 以下，對各個必要條件進行說明。

在本發明的碳纖維的第一態樣中，股線彈性係數為360 GPa以上。股線彈性係數較佳為370 GPa以上，更佳為380 GPa以上，進而佳為400 GPa以上，進而佳為440 GPa以上。股線彈性係數越高，製成碳纖維強化複合材料時碳纖維帶來的剛性的提高效果越大，越容易獲得高剛性的碳纖維強化複合材料。若股線彈性係數為360 GPa以上，則可大幅提高碳纖維強化複合材料的剛性，因此工業上的價值大。就提高碳纖維強化複合材料的剛性的觀點而言，碳纖維的股線彈性係數越高越佳，但先前若股線彈性係數過高，則容易導致獲得碳纖維複合材料時的成形加工性的下降，或者在作為不連續纖維來使用的情況下容易導致纖維長度的下降。股線彈性係數可依照JIS R7608：2004中所記載的樹脂含浸股線的拉伸試驗來進行評價。股線彈性係數的評價法的細節將後述。股線彈性係數可利用各種公知的方法來控制，但在本發明中，較佳為藉由碳化處理中的張力來控制。

在本發明的碳纖維的第一態樣中，股線強度為3.5 GPa以上。股線強度較佳為3.7 GPa以上，更佳為3.9 GPa以上，進而佳為4.3 GPa以上。股線強度越高，通常碳纖維強化複合材料的拉伸強度亦越容易變高，因此越可獲得高性能的碳纖維強化複合材料。股線強度極低的碳纖維有時會導致製成碳纖維強化複合材料時的成形加工性的下降，但若為3.5 GPa以上，則大多不會成為大的問題。股線強度可依照JIS R7608：2004中所記載的樹脂含浸股線的拉伸試驗來進行評價。股線強度的評價法的細節將後述。股線強度可利用各種公知的方法來控制，但在通常的提高碳化溫度的方法中，大多數情況下，隨著提高股線彈性係數，股線強度呈現下降傾向。即便股線彈性係數高，股線強度亦為3.5 GPa以上的碳纖維可藉由後述的本發明的碳纖維的製造方法而獲得。

在本發明的碳纖維的第一態樣中，單纖維直徑為6.0 μm以上。單纖維直徑較佳為6.5 μm以上，更佳為6.9 μm以上。單纖維直徑越大，通常難以以高的水準兼顧股線彈性係數與股線強度兩者的情況越多，但根據本發明的碳纖維的第一態樣，即便單纖維直徑為6.0 μm以上，亦能夠以所述高的水準兼顧兩者。而且，單纖維直徑越大，在製成碳纖維強化複合材料時，越容易抑制由自筒管捲出時的碳纖維彼此的摩擦或與輥等引導構件的摩擦引起的起毛、或毛羽向引導構件的堆積，越容易提高成形加工性。在本發明的碳纖維的第一態樣中，單纖維直徑的上限並無特別的限制，但若過大，則股線強度或股線彈性係數容易下降，因此，將15 μm左右姑且考慮為上限即可。而且，就容易以高的水準兼顧股線彈性係數與股線強度的觀點而言，單纖維直徑為7.4 μm以下亦較佳。單纖維直徑的評價方法將後述，可根據纖維束的比重·單位面積重量·長絲數來進行計算，亦可藉由掃描電子顯微鏡觀察來進行評價。只要所使用的評價裝置到了正確校正，則無論利用哪一種方法來進行評價，均可獲得同等的結果。在藉由掃描電子顯微鏡觀察來進行評價時，在單纖維的剖面形狀不是正圓的情況下，以圓當量直徑來代替。圓當量直徑是指具有與單纖維的實測的剖面積相等的剖面積的正圓的直徑。單纖維直徑可藉由碳纖維前驅體纖維束的紡絲時自模口的噴出量或各步驟中的延伸比等來控制。

本發明的碳纖維的第一態樣是除了與所述股線彈性係數及股線強度、單纖維直徑相關的必要條件之外，亦滿足以下的必要條件中的一個以上的碳纖維。 （I）將一端設為固定端，並將另一端設為能夠進行相對於纖維束的軸的旋轉的自由端時，殘留的撚數為2 T/m以上 （II）作為碳纖維而言的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度為740 g/km以上 藉由滿足該些必要條件（I）或（II）中的任一者或兩者，即便股線彈性係數高，亦可有效果地抑制成形加工性的下降，工業上的價值大。

在本發明的碳纖維的第一態樣中，殘留的撚數較佳為2 T/m以上，更佳為5 T/m以上，進而佳為10 T/m以上，進而佳為16 T/m以上，進而佳為20 T/m以上，進而佳為30 T/m以上，進佳為46 T/m以上。

在本發明中，固定端是以無法進行以纖維束的長邊方向為軸的旋轉的方式固定的纖維束上的任意部分，可藉由使用黏著帶等約束纖維束的旋轉等來實現。在本發明中，自由端是指將連續的纖維束在與其長邊方向垂直的剖面上切斷時出現的端部，是無任何固定、能夠進行以纖維束的長邊方向為軸的旋轉的端部。在本發明中，將一端設為固定端，並將另一端設為自由端時，殘留的撚數是指碳纖維的纖維束所具有的永久性的撚的每1 m中的撚數。半永久性的撚是指若無外力的作用則不會隨意解開的撚。在本發明中，將一端設為固定端，將另一端設為自由端，以實施例中所記載的特定的配置靜置5分鐘後不解開而殘留著的撚被定義為半永久性的撚，即殘留的撚。若殘留的撚數為2 T/m以上，則即便股線彈性係數高，亦容易將成形加工性維持得高。關於其原因，雖然不能定量地明確，但定性地理解如下。即，認為：殘留的撚數為2 T/m以上的碳纖維由於撚而容易將纖維束內的單纖維的相對位置固定，因此纖維束的內部的單纖維不會受到纖維束彼此或與引導構件等的摩擦所造成的損傷而容易保存。而且，若殘留的撚數為5 T/m以上，則由於毛羽受到抑制，因此在碳化步驟中能夠賦予高的張力，容易有效果地提高股線彈性係數。而且，若殘留的撚數為20 T/m以上，則由於毛羽少，纖維束的對準（alignment）得到控制，結果纖維束間的應力傳遞變得順暢，而容易提高後述的結節強度。在將所述一端設為固定端，並將另一端設為自由端時，殘留的撚數可利用公知的方法來控制。具體而言，殘留的撚數可藉由調整碳化處理的步驟中的纖維束的撚數來控制。

如前所述，在本發明的碳纖維的第一態樣中，總纖度較佳為740 g/km以上，更佳為850 g/km以上，更佳為1300 g/km以上，進而佳為1600 g/km以上，進而佳為2000 g/km以上。若總纖度為740 g/km以上，則即便股線彈性係數高，亦容易將成形加工性維持得高。關於其原因，雖然不能定量地明確，但定性地理解如下。即，認為：總纖度為740 g/km以上的碳纖維中，存在於容易受到由所述摩擦所造成的損傷的纖維束的最表層的單纖維相對於構成纖維束的單纖維的總數的存在比例變小，因此作為纖維束整體而言，容易減輕由所述摩擦所造成的損傷。所述總纖度是單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積，可藉由變更單纖維纖度及長絲數來進行控制。

本發明的碳纖維的第二態樣為一種碳纖維，單纖維彈性係數Es（GPa）與環斷裂負荷A（N）滿足式（1）的關係。 A≧-0.0017×Es+1.02 ･･･式（1） 式（1）中的常數項較佳為1.04，更佳為1.06，進而佳為1.08，特佳為1.10。環斷裂負荷相當於將單纖維彎曲成環狀時斷裂發生時的負荷，利用後述的方法來進行評價。而且，單纖維彈性係數是指作為碳纖維的單纖維而言的拉伸彈性係數，與所述股線彈性係數具有一定的相關。在本發明中，關於單纖維彈性係數，詳細的評價方法將後述，可藉由如下方式而獲得，即，以多個試驗長度來進行單纖維拉伸試驗，算出各試驗長度下的應力-應變曲線的斜率，考慮試驗長度依存性而去除裝置系統的柔量（compliance）的影響。通常，大多數情況下，若提高單纖維彈性係數，則環斷裂負荷呈現出下降傾向。若環斷裂負荷低，則在作為不連續纖維來成形加工時，碳纖維容易因彎曲方向的力而折斷，並因纖維長度變短，碳纖維強化複合材料的剛性提高效果變小。環斷裂負荷越高，越不易破損（即便在對單纖維施加了彎曲方向的力時），因此，在施加大的彎曲方向的力，作為不連續纖維來成形加工時等，越容易維持纖維長度，因此，越容易提高碳纖維強化複合材料的剛性。若環斷裂負荷A與單纖維彈性係數Es滿足式（1）的關係，則成為單纖維彈性係數高而相對於彎曲方向的力不易折斷的碳纖維，在作為不連續纖維來使用的情況下，可有效率地提高碳纖維強化複合材料的剛性。滿足式（1）的關係的碳纖維可藉由後述的本發明的碳纖維的製造方法而獲得。而且，本發明的第一態樣的碳纖維較佳為亦同時滿足第二態樣。所述碳纖維雖然股線彈性係數高，仍可有效果地抑制成形加工性的下降，而且在作為不連續纖維來利用的情況下容易維持纖維長度，因此容易獲得高性能的碳纖維強化複合材料。

在本發明的碳纖維的第二態樣中，單纖維彈性係數較佳為360 GPa以上，更佳為370 GPa以上，進而佳為380 GPa以上，進而佳為400 GPa以上，進而佳為440 GPa以上。先前，單纖維彈性係數越高，環斷裂負荷越下降，在作為不連續纖維來成形加工時，纖維長度越容易變短，但在本發明的碳纖維的第二態樣中，由於環斷裂負荷相對於單纖維彈性係數而言稍高，因此即便提高單纖維彈性係數亦可有效果地提高碳纖維強化複合材料的剛性。單纖維彈性係數的提高方法與股線彈性係數相同。

本發明的碳纖維的第三態樣為一種碳纖維，單纖維直徑為6.0 μm以上，股線彈性係數E（GPa）與450℃下的加熱減量率為0.15%以下時評價的結節強度B（MPa）滿足式（2）的關係，撚數為5 T/m～80 T/m。 B≧6.7×10⁹ ×E^-2.85 ･･･式（2） 在本發明的碳纖維的第三態樣中，單纖維直徑為6.0 μm以上。單纖維直徑較佳為6.5 μm以上，更佳為6.9 μm以上。單纖維直徑越大，通常難以以高的水準兼顧股線彈性係數與結節強度兩者的情況越多，但根據本發明的碳纖維的第三態樣，即便單纖維直徑為6.0 μm以上，亦能夠以高的水準兼顧兩者。而且，單纖維直徑越大，在製成碳纖維強化複合材料時，越可進一步抑制由自筒管捲出時的碳纖維彼此的摩擦或與輥等引導構件的摩擦引起的起毛，越可提高成形加工性。在本發明的碳纖維的第三態樣中，單纖維直徑的上限並無特別的限定，但若過大，則結節強度或股線彈性係數容易下降，因此，將15 μm左右姑且考慮為上限即可。而且，就容易以高的水準兼顧股線彈性係數與結節的觀點而言，單纖維直徑為7.4 μm以下亦較佳。

本發明的碳纖維的第三態樣中，股線彈性係數E（GPa）與450℃下的加熱減量率為0.15%以下時評價的結節強度B（MPa）滿足式（2）的關係。 B≧6.7×10⁹ ×E^-2.85 ･･･式（2） 在本發明中，450℃下的加熱減量率的細節將後述，是根據將碳纖維在溫度450℃的氮氣體環境的烘箱中加熱15分鐘時的加熱前後的質量變化而算出。結節強度是反映纖維軸方向以外的纖維束的力學性質的指標。在製造複合材料時，向碳纖維束施加有纖維軸方向以外的彎曲應力，結節強度會影響在複合材料的製造過程中發生的纖維斷裂即毛羽的生成。若為了效率良好地製造複合材料，而提高製造複合材料時纖維束的行進速度，則會產生毛羽，但藉由提高結節強度，即便在纖維束的行進速度高的條件下，亦可品質良好地獲得複合材料。所述結節強度具有當對碳纖維束賦予上漿劑時會提高的傾向。另一方面，在使用成形溫度高的基質等擔心由於上漿劑的熱分解物而導致碳纖維與基質的接著強度下降的情況下，自接著強度提高的觀點而言，有時較佳為不賦予上漿劑。因此，在本發明中，將未被賦予上漿的狀態下的碳纖維束的結節強度用作評價指標。即，所謂450℃下的加熱減量率為0.15%以下時評價的，是表示在未被賦予上漿材、或在被賦予了上漿材而450℃下的加熱減量率超過0.15%的情況下是在去除上漿材的基礎上進行評價。上漿劑的去除利用公知的方法來進行即可，例如可列舉利用可溶解上漿劑的溶媒來去除的方法等。若所述結節強度低，則在成形加工為碳纖維強化複合材料時容易產生毛羽，成形加工性呈現下降傾向。通常，越提高股線彈性係數，結節強度越呈現下降傾向。在股線彈性係數與結節強度滿足式（2）的關係的情況下，能夠以高的平衡兼顧股線彈性係數與結節強度。式（2）中的比例常數較佳為6.9×10⁹ ，更佳為7.2×10⁹ 。股線彈性係數與結節強度滿足式（2）的關係的碳纖維可藉由後述的本發明的碳纖維的製造方法而獲得。

而且，本發明的第一態樣的碳纖維較佳為亦同時滿足第三態樣及/或第二態樣。所述碳纖維雖然股線彈性係數高，仍可有效果地抑制成形加工性的下降。特別是，當在成形加工時需要進行線拼接時，線拼接部分變得不易斷裂，因此有利於連續生產。

在本發明的碳纖維的第三態樣中，撚數為5 T/m～80 T/m。若撚數為所述範圍，則由於毛羽少、可控制纖維束的對準，結果纖維束間的應力傳遞變得順暢，而容易提高結節強度。就提高成形加工時的處理性的觀點而言，第三態樣中的撚數較佳為20 T/m～80 T/m。

本發明的碳纖維在採用碳纖維束的形態的情況下，較佳為碳纖維束表層的撚角為2.0°～30.5°。碳纖維束表層的撚角是指存在於碳纖維束的最表層的單纖維的纖維軸方向相對於作為碳纖維束的束而言的長軸方向所成的角，可直接觀察，但對於進一步的高精度而言，可根據撚數與長絲數、單纖維直徑如後述般算出。若將所述撚角控制在所述範圍內，則由於毛羽得到抑制，因此在碳化步驟中能夠賦予高的張力，容易有效果地提高股線彈性係數。本發明中的碳纖維束表層的撚角較佳為4.8°～30.5°，更佳為4.8°～24.0°，進而佳為4.8°～12.5°，進而佳為4.8°～10.0°。撚角滿足所述範圍的碳纖維束可依照後述的本發明的碳纖維的製造方法來製作。具體而言，碳纖維束表層的撚角除了調整纖維束的撚數之外，亦可藉由調整碳化步驟中的長絲數與單纖維直徑來進行控制。碳纖維束的長絲數與單纖維直徑越大，對於相同撚數的纖維束，越可將撚角保持得大，因此，越可進一步提高撚的效果。

在本發明的碳纖維中，較佳為微晶尺寸Lc（nm）與結晶配向度π₀₀₂ （%）滿足式（3）的關係。 π₀₀₂ ≧4.0×Lc+73.2 ･･･式（3） 微晶尺寸Lc是表示碳纖維中存在的微晶的c軸方向的厚度的指標。通常，大多是藉由纖維束的廣角X射線繞射來進行評價，但亦可藉由微束廣角X射線繞射對1根單纖維進行評價，取對3根單纖維的測定值的平均，作為平均微晶尺寸Lc（s）。在微束的大小為單纖維直徑以下的情況下，平均微晶尺寸Lc（s）採用以將對單纖維的直徑方向進行多點評價而得的值平均化後的值為單纖維的評價值，對3根單纖維同樣地進行操作而獲得的評價值的平均值。詳細的評價方法將後述。另外，單纖維的廣角X射線繞射資料與眾所周知的纖維束的廣角X射線繞射資料相同，平均微晶尺寸Lc（s）與微晶尺寸Lc取大致相等的值。本發明者們進行了研究，發現存在結晶配向度π₀₀₂ 隨著微晶尺寸Lc增高而增高的傾向，式（3）根據現有的碳纖維的資料經驗性地示出了所述關係的上限。通常，大多數情況下，微晶尺寸Lc越大，股線彈性係數越提高，另一方面，股線強度或結節強度、環斷裂負荷、向碳纖維強化複合材料的成形加工性越為下降傾向。而且，結晶配向度π₀₀₂ 對股線彈性係數有大的影響，結晶配向度越高，股線彈性係數亦越高。結晶配向度π₀₀₂ 滿足式（3）的關係是指結晶配向度π₀₀₂ 相對於微晶尺寸Lc而言大，即便股線彈性係數高，亦可有效果地抑制股線強度、結節強度、環斷裂負荷、成形加工性的下降，工業上的價值大。在本發明中，式（3）中的常數項更佳為73.5，進而佳為74.0。滿足式（3）的關係的碳纖維可藉由提高碳化步驟中的延伸張力而獲得。

在本發明的碳纖維中，微晶尺寸Lc較佳為2.2 nm～3.5 nm，更佳為2.4 nm～3.3 nm以上，進而佳為2.6 nm～3.1 nm以上，特佳為2.8 nm～3.1 nm。若微晶尺寸Lc為2.2 nm以上，則可有效果地進行碳纖維內部的應力承擔，因此容易提高單纖維彈性係數，若微晶尺寸Lc為3.5 nm以下，則不易成為應力集中的原因，因此股線強度或結節強度、環斷裂負荷、成形加工性容易成為高的水準。微晶尺寸Lc主要可藉由碳化步驟的處理時間或最高溫度來控制。

在本發明的碳纖維中，結晶配向度π₀₀₂ 較佳為80.0%～95.0%，更佳為80.0%～90.0%，進而佳為82.0%～90.0%。結晶配向度π₀₀₂ 是表示以碳纖維中存在的微晶的纖維軸為基準的配向角的指標。與微晶尺寸同樣地，亦可藉由微束廣角X射線繞射對1根單纖維進行評價，取對3根單纖維的測定值的平均，作為平均結晶配向度π₀₀₂ （s）。在微束的大小為單纖維直徑以下的情況下，平均結晶配向度π₀₀₂ （s）採用以將對單纖維的直徑方向進行多點評價而得的值平均化後的值為單纖維的評價值，對3根單纖維同樣地進行操作而獲得的評價值的平均值。詳細的評價方法將後述。另外，單纖維的廣角X射線繞射資料與眾所周知的纖維束的廣角X射線繞射資料相同，平均結晶配向度π₀₀₂ （s）與結晶配向度π₀₀₂ 取大致相等的值。若結晶配向度為80.0%以上，則股線彈性係數容易變高。結晶配向度π₀₀₂ （s）除了碳化步驟中的溫度或時間之外，亦可藉由延伸張力來控制。

在本發明的碳纖維中，較佳為股線彈性係數E（GPa）與微晶尺寸Lc（nm）滿足式（4）的關係。 E×Lc^-0.5 ≧200（GPa/nm^0.5 ） ･･･式（4） 本發明者們進行了研究，結果發現，在碳纖維滿足所述式（4）時，容易以特別高的水準兼顧股線彈性係數與成形加工性。藉由滿足所述式（4）而容易以高的水準兼顧股線彈性係數與成形加工性的原因不完全明確，但認為如下。即，如在多結晶材料領域中廣泛使用的霍爾-貝曲（Hall-Petch）的式中所見，若將微晶尺寸Lc的-0.5次方理解為是表示材料的某種強度的指標，則可解釋為表示Lc^-0.5 越大，材料越強韌，越小越脆。因此，認為滿足式（4）意味著股線彈性係數與材料的強韌度的積為一定值以上，並意味著以高的水準兼顧了股線彈性係數與材料的強韌度。滿足所述式（4）的碳纖維可藉由提高碳化步驟中的延伸張力而獲得。

在本發明的碳纖維中，表面氧濃度O/C較佳為0.05～0.50。表面氧濃度是表示含有氧原子的官能基向碳纖維的表面的導入量的指標，可藉由後述的光電子分光法進行評價。表面氧濃度越高，碳纖維與基質的接著性越提高，越容易提高碳纖維強化複合材料的力學特性。表面氧濃度O/C更佳為0.07～0.30。若表面氧濃度O/C為0.05以上，則與基質的接著性會成為充分的水準，若為0.50以下，則由過度的氧化引起的碳纖維表面的剝離得到抑制，碳纖維複合材料的力學特性提高。用於使表面氧濃度O/C為所述範圍的方法將後述。

本發明的碳纖維在採用碳纖維束的形態的情況下，較佳為長絲數為10,000根以上｡長絲數更佳為15,000根以上，進而佳為20,000根以上。若撚數相同，則長絲數越大，撚的中心軸與纖維束的外周的距離越大，因此撚越容易穩定，即便在碳化步驟中施加高的張力，亦容易抑制毛羽產生或斷裂，除了可有效果地提高股線彈性係數之外，亦可提高成形加工性。

以下，對本發明的碳纖維的製造方法進行說明。

作為本發明的碳纖維的基礎的碳纖維前驅體纖維束可藉由將聚丙烯腈共聚物的紡絲溶液紡絲而獲得。

作為聚丙烯腈共聚物，不僅可使用僅由丙烯腈而獲得的均聚物，亦可使用作為主成分的丙烯腈及其他單體。具體而言，聚丙烯腈共聚物較佳為含有90質量%～100質量%的丙烯腈、不足10質量%的能夠共聚的單體。

作為能夠與丙烯腈共聚的單體，例如可使用丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸及它們的鹼金屬鹽、銨鹽及低級烷基酯類、丙烯醯胺及其衍生物、烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸及它們的鹽類或烷基酯類等。

將所述聚丙烯腈共聚物溶解於二甲亞碸、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、硝酸、氯化鋅水溶液、硫氰酸鈉水溶液等可溶解聚丙烯腈共聚物的溶媒中，製成紡絲溶液。當在聚丙烯腈共聚物的製造中使用溶液聚合時，若使聚合中所使用的溶媒與紡絲溶媒相同，則不需要將所獲得的聚丙烯腈共聚物分離，並再溶解於紡絲溶媒中的步驟，較佳。

藉由濕式或乾濕式紡絲法對如上所述般獲得的紡絲溶液進行紡絲，藉此可製造碳纖維前驅體纖維束。

將紡絲溶液導入至凝固浴中使其凝固，使所獲得的凝固纖維束通過水洗步驟、浴中延伸步驟、油劑賦予步驟及乾燥步驟，藉此獲得碳纖維前驅體纖維束。凝固纖維束可省略水洗步驟而直接進行浴中延伸，亦可在藉由水洗步驟去除溶媒後進行浴中延伸。浴中延伸通常較佳為在調溫至30℃～98℃的溫度的單一或多個的延伸浴中進行。而且，亦可在所述步驟中加入乾熱延伸步驟或蒸氣延伸步驟。

碳纖維前驅纖維束的單纖維纖度較佳為0.9 dtex以上，更佳為1.0 dtex以上，進而佳為1.1 dtex以上。碳纖維前驅體纖維束的單纖維纖度越高，越抑制因與輥或引導件的接觸而導致的纖維束的斷裂的發生，越容易維持製絲步驟及碳纖維的耐火化以及預碳化、碳化步驟的製程穩定性。若碳纖維前驅體纖維束的單纖維纖度為0.9 dtex以上，則容易維持製程穩定性。若碳纖維前驅體纖維束的單纖維纖度過高，則有時在耐火化步驟中難以均勻地進行處理，而存在製造製程變得不穩定，或者所獲得的碳纖維束及碳纖維的力學特性下降的情況。碳纖維前驅體纖維束的單纖維纖度可藉由紡絲溶液自模口的噴出量或延伸比等公知的方法來控制。

所獲得的碳纖維前驅體纖維束通常為連續纖維的形態。而且，其每1根絲線中的長絲數較佳為1,000根～80,000根。在本發明中，碳纖維前驅體纖維束亦可視需要併線，以調整所獲得的碳纖維的每1根絲線中的長絲數。

本發明的碳纖維可藉由對所述碳纖維前驅體纖維束進行耐火化處理後，依次進行預碳化處理、碳化處理而獲得。

碳纖維前驅體纖維束的耐火化處理較佳為在空氣氣體環境中在200℃～300℃的溫度範圍內進行。碳纖維前驅體纖維束被進行耐火化處理，而成為耐火化纖維束。

在本發明中，在所述耐火化之後，進行耐火化纖維束的預碳化。在預碳化步驟中，較佳為將藉由耐火化處理而獲得的耐火化纖維束在惰性氣體環境中、在最高溫度500℃～1000℃下熱處理至密度成為1.5 g/cm³ ～1.8 g/cm³ 。耐火化纖維束被進行預碳化處理，而成為預碳化纖維束。

進而，在所述預碳化之後，進行預碳化纖維束的碳化。在碳化步驟中，是在惰性氣體環境中對藉由預碳化處理而獲得的預碳化纖維束進行碳化處理。碳化處理的最高溫度較佳為設為1500℃以上，更佳為設為2300℃以上。自提高所獲得的碳纖維的股線彈性係數以及單纖維彈性係數的觀點而言，碳化步驟中的最高溫度較佳為高，若為1500℃以上，則可獲得以高的水準兼顧股線彈性係數及單纖維彈性係數與結節強度及環斷裂負荷的碳纖維。另一方面，存在若碳化溫度過高，則結節強度或環斷裂負荷下降的傾向，因此碳化步驟中的最高溫度以考慮必要的股線彈性係數及單纖維彈性係數與結節強度及環斷裂負荷的平衡來決定為宜。即便將碳化步驟中的最高溫度設為2300℃，本發明的碳纖維亦容易維持該些的物性平衡。

而且，在本發明中，碳化步驟中的張力為5 mN/dtex以上，較佳為設為5 mN/dtex～18 mN/dtex，更佳為設為7 mN/dtex～18 mN/dtex，特佳為設為9 mN/dtex～18 mN/dtex。碳化步驟中的張力是將在碳化爐出側測定的張力（mN）除以所使用的碳纖維前驅體纖維束的單纖維纖度（dtex）與長絲數的積即總纖度（dtex）而得。藉由將該張力控制為所述數值範圍，可在不對所獲得的碳纖維的微晶尺寸Lc產生大的影響的情況下，控制結晶配向度π₀₀₂ ，從而可獲得滿足所述式（1）或/及式（2）的關係的碳纖維。自提高碳纖維的股線彈性係數及單纖維彈性係數的觀點而言，該張力較佳為高，但若過高，則有時碳化步驟的通過性、或所獲得的碳纖維的品質會下降，所以以考慮兩者來設定為宜。

在本發明的碳纖維的製造方法中，若為進而滿足以下的必要條件以下（III）或（IV）的碳纖維的製造方法，則更佳。另外，若滿足（III）及（IV）兩者，則進而佳。 （III）將供於碳化處理的纖維束的撚數設為2 T/m以上 （IV）將所獲得的碳纖維的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度設為740 g/km以上 藉由滿足該些（III）或（IV），即便股線彈性係數高，亦會成為成形加工性優異的碳纖維。

本發明的碳纖維中，碳化處理中的纖維束的撚數為2 T/m以上。所述撚數較佳為5 T/m以上，更佳為10 T/m以上，進而佳為16 T/m以上，進而佳為30 T/m以上，進佳為46 T/m以上。撚數的上限並無特別限制，但設為大致60 T/m以下對於提高生產性或碳化步驟中的延伸極限而言是有效的。藉由將所述撚數控制為所述範圍，由於在碳纖維的製造製程中毛羽的發生得到抑制，因此能夠賦予高的張力，而容易獲得股線彈性係數及單纖維彈性係數高的碳纖維。碳化處理中的纖維束的撚數是指經碳化處理的纖維束所具有的撚數。若不賦予撚而提高碳化步驟中的張力，則存在因發生單纖維斷裂，毛羽增加，而碳化步驟的通過性下降、或者因纖維束整體斷裂而無法維持必要的張力的情況。所述撚數可藉由將碳纖維前驅體纖維束或耐火化纖維束、預碳化纖維束暫且捲取至筒管後，將該纖維束捲出時使筒管在與捲出方向正交的面上回轉的方法、或使旋轉的輥或帶（belt）接觸未捲取至筒管而在行進中的纖維束而賦予撚的方法等來控制。

在本發明中，碳化處理中的纖維束的長絲數較佳為10,000根以上，更佳為15,000根以上，進而佳為20,000根以上。若碳化處理中的纖維束的撚數相同，則長絲數越大，撚的中心軸與纖維束的外周的距離越大，因此，越容易展現出由所述撚帶來的毛羽抑制效果，越可有效果地提高所獲得的碳纖維的單纖維彈性係數。長絲數的上限並無特別限制，根據目標用途進行設定即可。

在本發明中，作為用於惰性氣體環境的惰性氣體，例如可較佳地例示氮、氬及氙等，自經濟性的觀點而言，較佳地使用氮。

利用所述製造方法而獲得的碳纖維束亦可進而在最高3000℃為止的惰性氣體環境中進行追加的石墨化處理，根據用途適當調整單纖維彈性係數。

關於如上所述般獲得的碳纖維束，為了提高碳纖維與基質的接著強度，較佳為在碳化處理後實施表面處理，導入含有氧原子的官能基。作為表面處理方法，可使用氣相氧化、液相氧化及液相電解氧化，自生產性高、可均勻處理的觀點而言，可較佳地使用液相電解氧化。在本發明中，液相電解氧化的方法並無特別制約，只要利用公知的方法進行即可。作為進行液相電解氧化的電解表面處理時的電流量，較佳為2 c/g～100 c/g，更佳為2 c/g～80 c/g。若電解表面處理時的電流量為2 c/g以上，則在碳纖維表面導入充分的含氧官能基，容易獲得與樹脂的接著性，可抑制複合材料的彈性係數下降，若為100 c/g以下，則可抑制由電解表面處理引起的碳纖維表面的缺陷形成，可抑制環斷裂負荷的下降。

藉由實施所述電解表面處理等表面處理，可對碳纖維束導入含有氧原子的官能基，可調整碳纖維束的表面氧濃度O/C。為了將表面氧濃度O/C控制為本發明的較佳範圍，可利用公知的方法調節表面處理中的電流量或處理時間。

在所述電解處理之後，為了進一步提高所獲得的碳纖維束的處理性或高級加工性，或者為了提高碳纖維與基質的接著強度，亦可使其附著上漿劑。關於上漿劑，可根據碳纖維強化複合材料中所使用的基質的種類而適宜選擇。而且，自處理性或高級加工性的觀點而言，亦可對附著量等進行微調整。進而，關於使用成形溫度高的基質等擔心由於上漿劑的熱分解物而導致碳纖維與基質的接著強度下降的情況，可盡可能降低上漿附著量或不進行上漿處理。

本說明書中所記載的各種物性值的測定方法如下。另外，無特別記載者以測定n數1來進行評價。

＜碳纖維的股線強度及股線彈性係數＞ 碳纖維的股線強度及股線彈性係數是依照JIS R 7608：2004的樹脂含浸股線試驗法，依照以下順序求出。但是，在碳纖維的纖維束具有撚的情況下，藉由賦予與撚數相同數量的逆旋轉的撚來解撚後進行評價。作為樹脂配方，使用“賽羅西德（Celloxide）（註冊商標）”2021P（大賽璐（Daicel）化學工業公司製造）/三氟化硼單乙胺（東京化成工業（株）製造）/丙酮=100/3/4（質量份），作為硬化條件，使用常壓、溫度125℃、時間30分鐘。測定碳纖維束的股線10根，將其平均值作為股線強度及股線彈性係數。另外，算出股線彈性係數時的應變範圍設為0.1%～0.6%。

＜碳纖維的平均單纖維直徑＞ 對欲評價的碳纖維的單纖維剖面進行掃描電子顯微鏡觀察，評價剖面積。算出具有與所述剖面積相同的剖面積的正圓的直徑，作為單纖維直徑。單纖維直徑的計算的N數為50，採用其平均值。另外，加速電壓設為5 keV。

另外，在本實施例中，作為掃描電子顯微鏡，使用日立高科技（Hitachi High-technologies）公司製造的掃描電子顯微鏡（SEM）“S-4800”。

＜將一端設為固定端，並將另一端設為自由端時殘留的撚數＞ 在距離水平面60 cm的高度的位置上設置引導桿，利用膠帶將碳纖維束的任意的位置貼附在引導桿上，藉此形成固定端，之後，在距離固定端50 cm的部位切斷碳纖維束，形成自由端。將自由端以夾入至膠帶的方式封入，以不會解開為單纖維單元的方式進行處理。為了排除半永久的撚以外的暫時或會隨時間復原的撚，在此狀態下靜置5分鐘後，一面計數次數一面使自由端旋轉，記錄旋轉至完全解撚為止的次數n（T）。藉由以下的式子，算出殘留的撚數。將實施3次所述測定的平均作為本發明中殘留的撚數。

殘留的撚數（T/m）＝n（T）/0.5（m）。

＜碳纖維的單纖維彈性係數＞ 碳纖維的單纖維彈性係數以JIS R 7606：2000為參考，如下求出。首先，將20 cm左右的碳纖維的束大致4等分，自4個束依次取樣單纖維，盡可能均勻地自束整體取樣。將取樣的單纖維固定於10 mm、25 mm、50 mm的開孔襯紙。固定中使用米其邦（Nichiban）股份有限公司製造的環氧系接著劑“愛牢達（araldite）（註冊商標）”快速硬化型，塗佈後，在室溫下靜置24小時使其硬化。將固定有單纖維的襯紙安裝於拉伸試驗裝置，在10 mm、25 mm、50 mm的各標距（Gauge Length）下，以應變速度40%/分鐘、試樣數15進行拉伸試驗。在各單纖維的應力（MPa）-應變（%）曲線中，根據應變0.3%-0.7%範圍的斜率（MPa/%），藉由下式算出表觀的單纖維彈性係數。

表觀的單纖維彈性係數（GPa）＝應變0.3%～0.7%範圍的斜率（MPa/%）/10 繼而，針對標距10 mm、25 mm、50 mm各者，計算表觀的單纖維彈性係數的平均值E_app （GPa），將其倒數1/E_app （GPa^-1 ）作為縱軸（Y軸），將標距L₀ （mm）的倒數1/L₀ （mm^-1 ）作為橫軸（X軸）而進行繪圖。讀取所述繪圖中的Y截距，取其倒數者為柔量修正後的單纖維彈性係數，本發明中的單纖維彈性係數採用此值。

另外，在本實施例中，作為拉伸試驗裝置，使用艾安得（A&D）股份有限公司製造的拉伸試驗機“滕喜龍（Tensilon）RTF-1210”。

＜環斷裂負荷＞ 將長度約10 cm的單纖維放置於載玻片上，在中央部滴下1滴～2滴甘油而將單纖維兩端部沿纖維周向輕微扭曲，藉此在單纖維中央部製成環，並在其上放置蓋玻片。將其設置於顯微鏡的載台上，在總倍率為100倍、幀速率為15幀/秒的條件下進行動態圖像拍攝。一面隨時調節載台以免環脫離視野，一面利用手指沿著載玻片方向按壓成環的纖維的兩端，並沿相反方向以一定速度進行拉伸，藉此施加應變直至單纖維斷裂。藉由幀前進（frame advance）確定即將斷裂前的幀，並藉由圖像解析測定即將斷裂前的環的橫向寬度W。將單纖維直徑d除以W而算出d/W。將試驗的n數設為20，並將d/W的平均值乘以單纖維彈性係數Es，藉此求出環強度Es×d/W。進而，乘以根據單纖維直徑求出的剖面積πd² /4，將πEs×d³ /4W作為環斷裂負荷。

＜碳纖維束在450℃下的加熱減量率＞ 將作為評價對象的碳纖維束切斷成質量2.5 g，將其製成直徑3 cm左右的絞紗卷，秤量熱處理前的質量w₀ （g）。繼而，在溫度450℃的氮氣體環境的烘箱中加熱15分鐘，在乾燥器中放置冷卻至室溫後，秤量加熱後質量w₁ （g）。藉由以下的式子，計算450℃下的加熱減量率。另外，評價進行3次，採用其平均值。 450℃下的加熱減量率（%）=(w₀ -w₁ )/w₀ ×100（%）。

＜碳纖維束的結節強度＞ 結節強度的測定使用在450℃下加熱時的減量率為0.15%以下的碳纖維束。在對被賦予有上漿劑的碳纖維束進行評價的情況下，使用藉由在丙酮中進行清洗而去除了上漿劑，並且乾燥後的碳纖維束。在乾燥後，評價碳纖維束在450℃下加熱時的減量率，並進行反覆清洗直至成為0.15%以下。

在碳纖維束具有撚的情況下，藉由賦予與撚數相同數量的逆旋轉的撚來解撚後進行評價。將長度為150 mm的所述碳纖維束以碳纖維束的總纖度成為7000 dtex～8500 dtex的方式進行分割或併線，製成供於測定的碳纖維束。另外，碳纖維束的總纖度設為碳纖維束的單纖維的平均纖度（dtex）與長絲數的積。在所述碳纖維束的兩端安裝長度25 mm的握持部製成試驗體，製作試驗體時，施加0.1×10^-3 N/旦尼爾（denier）的負荷並進行碳纖維束的對齊。在試驗體的中點部分製作1處線結，並將拉伸時的十字頭速度設為100 mm/分鐘來進行束拉伸試驗。對總計12根的纖維束進行測定，並將除最大值、最小值這兩個值以外的10根的平均值用作測定值，將10根的標準偏差用作結節強度的標準偏差。結節強度是使用將藉由拉伸試驗而獲得的最大負荷值除以碳纖維束的平均剖面積值而得的值。

＜碳纖維束表層的撚角＞ 根據所述單纖維直徑（μm）及長絲數並藉由以下的式子算出碳纖維束整體的直徑（μm）後，使用撚數（T/m）藉由以下的式子算出碳纖維束表層的撚角（°）。

碳纖維束整體的直徑（μm）={(單纖維直徑)² ×長絲數}^0.5 碳纖維束表層的撚角（°）=atan(纖維束整體的直徑×10^-6 ×π×撚數)。 ＜碳纖維束的微晶尺寸Lc及結晶配向度π₀₀₂ ＞ 將供於測定的碳纖維束對齊，使用火棉膠·醇溶液進行固定，藉此準備長度4 cm、一個邊的長度為1 mm的四角柱的測定試樣。針對所準備的測定試樣，使用廣角X射線繞射裝置，並藉由以下的條件來進行測定。

1.微晶尺寸Lc的測定 ·X射線源：CuKα射線（管電壓40 kV，管電流30 mA） ·檢測器：測角器+單色器+閃爍計數器 ·掃描範圍：2θ=10°～40° ·掃描模式：步進掃描、步進單位0.02°、計數時間2秒。

在所獲得的繞射圖案中，對出現在2θ=25°～26°附近的峰值求出半寬度，根據該值並藉由以下的謝樂（Scherrer）式來算出微晶尺寸。

微晶尺寸（nm）=Kλ/β₀ cosθ_B 其中， K：1.0，λ：0.15418 nm（X射線的波長） β₀ ：（β_E ² -β₁ ² ）^1/2 β_E ：表觀的半寬度（測定值）rad，β₁ ：1.046×10^-2 rad θ_B ：布拉格（Bragg）的回析角。

2.結晶配向度π₀₀₂ 的測定 根據在圓周方向上掃描所述結晶峰而獲得的強度分佈的半寬度，使用下式進行計算而求出。 π₀₀₂ =(180-H)/180 其中， H：表觀的半寬度（deg） 進行3次所述測定，將其算術平均作為所述碳纖維束的微晶尺寸及結晶配向度。

另外，在後述的實施例及比較例中，作為所述廣角X射線繞射裝置，使用島津製作所製造的XRD-6100。

＜碳纖維單纖維的平均微晶尺寸Lc（s）及平均結晶配向度π₀₀₂ （s）＞ 自碳纖維束任意地抽取單纖維，使用能夠利用X射線μ束的裝置，進行廣角X射線繞射測定。測定是使用調整為纖維軸方向3 μm、纖維直徑方向1 μm的形狀的波長0.1305 nm的微束，一面沿纖維直徑方向以1 μm步幅（step）對單纖維進行掃描一面來進行。各步幅中照射時間設為2秒。檢測器與試樣之間的距離即相機長度（Camera length）以收於40 mm～200 mm的範圍內的方式進行設定。相機長度與束中心的坐標是藉由將氧化鈰作為標準試樣來進行測定而求出。藉由自檢測出的二維繞射圖案減去取出試樣後測定出的二維繞射圖案，消除檢測器引起的暗噪音與來源於空氣的散射噪音，獲得修正後的二維繞射圖案。藉由加上單纖維的纖維直徑方向各位置上的修正後的二維繞射圖案，獲得單纖維的纖維直徑方向的平均二維繞射圖案。在所述平均二維繞射圖案中，以纖維軸正交方向為中心以±5°的角度進行扇形積分，取得2θ方向的繞射強度分佈（profile）。使用兩個高斯函數對2θ方向的繞射強度分佈進行最小平方擬合，算出繞射強度成為最大的2θ的角度2θ_m （°）與兩個高斯函數的合成函數的半高寬FWHM（°）。進而，以2θ方向的繞射強度分佈成為最大時的角度2θ_m （°）為中心以±5°的寬度進行圓周積分，取得圓周方向的繞射強度分佈。使用一個高斯函數對圓周方向的繞射強度分佈進行最小平方擬合，算出半高寬FWHM_β （°）。藉由以下的式子求出單纖維的微晶尺寸Lc（s）及結晶配向度π₀₀₂ （s），並對針對各三根單纖維的結果進行平均而算出平均微晶尺寸Lc（s）及平均結晶配向度π₀₀₂ （s）。

Lc(s)（nm）=Kλ/FWHMcos(2θ_m /2) 此處，謝樂（Scherrer）係數K為1.0，X射線波長λ為0.1305 nm，半高寬FWHM與2θ_m 是將單位自角度（°）轉換為弧度（rad）來使用。

π₀₀₂ (s)（%）=(180-FWHM_β )/180×100（%）。

另外，在本實施例中，作為能夠利用X射線μ束的裝置，使用SPring-8的束線（beam line）BL03XU（FSBL）第二室（hutch），作為檢測器，使用濱松光子學（Hamamatsu Photonics）股份有限公司製造的平板檢測器（detector）“C9827DK-10”（像素尺寸50 μm×50 μm）。

＜碳纖維的表面氧濃度O/C＞ 碳纖維的表面氧濃度O/C是依照以下的順序並藉由X射線光電子分光法而求出。首先，將已使用溶媒去除附著於表面的污垢的碳纖維切割成約20 mm，於銅製的試樣支撐台上擴展。其次，將試樣支撐台安置於試樣腔室內，並將試樣腔室中保持為1×10^-8 Torr。繼而，使用AlKα_1,2 作為X射線源，將光電子脫出角度設為90°而進行測定。另外，作為測定時的帶電所伴隨的峰值的修正值，將C_1s 的主峰（峰頂）的鍵能量值調整為286.1 eV，C_1s 峰值面積是藉由在282 eV～296 eV的範圍內劃出直線的基線而求出。而且，O_1s 峰值面積是藉由在528 eV～540 eV的範圍內畫出直線的基線而求出。此處，表面氧濃度是根據所述O_1s 峰值面積與C_1s 峰值面積的比，並使用裝置固有的感度修正值而以原子數比的形式算出。另外，在本實施例中，作為X射線光電子分光法裝置，使用愛發科法衣（ULVAC-PHI）（股）製造的ESCA-1600所述裝置固有的感度修正值為2.33。

＜行進穩定性＞ 作為成形加工性的模型評價，如下對行進穩定性進行評價。準備將5個直徑50 mm、槽寬10 mm、槽深10 mm的V槽輥以300 mm間隔呈直線地固定的行進穩定性評價單元。使要進行評價的碳纖維束在未被賦予上漿劑的狀態下以與行進穩定性評價單元的各V槽輥的上表面、下表面、上表面、下表面、上表面接觸的方式呈鋸齒狀地通過，並一面利用跳動配重(dancer weight)來作用1 kg的張力，一面以線速度10 m/分鐘使其行進30分鐘。之後，對取下碳纖維束後的5個V槽輥進行目視點檢，根據此時輥的狀態，如下劃分等級。 A：未觀察到碳纖維向輥的附著。另外，將A中行進150分鐘亦未觀察到碳纖維向輥的附著者特設為AA。 B：觀察到碳纖維向輥的稍微的捲繞（在5個中的1個或2個輥上觀察到捲繞）。 C：觀察到碳纖維向輥的捲繞。（在5個中的3個或4個輥上觀察到捲繞） D：碳纖維向輥的捲繞明顯。（在5個輥中全部觀察到捲繞）實施例

以下，基於實施例對本發明進行詳細的說明，但本發明並不限定於該些。

以下記載的實施例1～實施例11及比較例1～比較例16是在以下的總括性的實施例所記載的實施方法中，使用表1或表2中所記載的各條件來進行。

[總括性的實施例] 將二甲基亞碸作為溶媒，藉由溶液聚合法使包含丙烯腈及衣康酸的單體組成物進行聚合，獲得包含聚丙烯腈共聚物的紡絲溶液。藉由將所獲得的紡絲溶液過濾後，自紡絲模口暫時噴出至空氣中，並導入至包含二甲基亞碸的水溶液的凝固浴中的乾濕式紡絲法而獲得凝固絲線。而且，將所述凝固絲線水洗後，在90℃的溫水中以3倍的浴中延伸倍率進行延伸，進而賦予矽酮油劑，使用加熱至160℃的溫度的輥進行乾燥，以4倍的延伸倍率進行加壓水蒸氣延伸，獲得單纖維纖度為1.1 dtex的碳纖維前驅體纖維束。其次，對所獲得的碳纖維前驅體纖維束進行4根併線，製成單纖維根數12,000根，在空氣氣體環境240℃～280℃的烘箱中以延伸比為1進行熱處理，轉換為耐火化纖維束。

[實施例1] 利用總括性的實施例記載的方法獲得耐火化纖維束後，對所獲得的耐火化纖維束進行加撚處理，賦予75 T/m的撚，在溫度300℃～800℃的氮氣體環境中，以延伸比0.97進行預碳化處理，獲得預碳化纖維束。繼而，對所述預碳化纖維束，在表1所示的條件下實施碳化處理後，將硫酸水溶液作為電解液，以碳纖維每1 g中30庫侖的電量進行電解表面處理，獲得表面氧濃度（O/C）為0.09的碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為AA，處於非常高的水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例2] 除了將撚數設為50 T/m，並將碳化處理時的張力設為5.2 mN/dtex以外，以與實施例1同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為AA，處於非常高的水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例3] 除了將碳化處理時的張力設為10.2 mN/dtex以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為AA，處於非常高的水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例4] 除了將撚數設為20 T/m，並將碳化處理時的張力設為10.3 mN/dtex以外，以與實施例1同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為AA，處於非常高的水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例5] 在總括性的實施例中，將前驅體纖維束的併線根數設為8根，將單纖維根數設為24,000根，除此以外，以與實施例3同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為AA，處於非常高的水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例6] 除了將碳化處理的最高溫度設為2350℃，並將碳化處理時的張力設為6.5 mN/dtex以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為A，處於高水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例7] 除了將碳化處理時的張力設為9.1 mN/dtex以外，以與實施例6同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為A，處於高水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例8] 除了將碳化處理時的張力設為11.6 mN/dtex以外，以與實施例6同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為A，處於高水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例9] 除了將撚數設為20 T/m，並將碳化處理時的張力設為11.0 mN/dtex以外，以與實施例5同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為AA，處於非常高的水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例10] 除了將撚數設為5 T/m以外，以與實施例9同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為AA，處於非常高的水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[實施例11] 在總括性的實施例中，將前驅體纖維束的併線根數設為2根，將單纖維根數設為6,000根，除此以外，以與實施例3同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為A，處於高水準。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表1中。

[比較例1] 除了將撚數設為0 T/m，並將碳化處理時的張力設為5.3 mN/dtex以外，以與實施例1同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於殘留的撚數超出本發明的範圍，因此成形加工性的等級為B，與實施例1相比下降。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表2中。

[比較例2] 除了將撚數設為0 T/m，將碳化處理時的張力設為5.4 mN/dtex，並將最高溫度設為1400℃以外，以與實施例3同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於殘留的撚數超出本發明的範圍，因此成形加工性的等級為B，與實施例1相比下降。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表2中。

[比較例3] 除了將碳化處理時的張力設為1.0 mN/dtex以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。而且，雖然成形加工性的等級為A，處於高水準，但由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例1相比下降。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表2中。

[比較例4] 除了使用單纖維纖度0.8 dtex的碳纖維前驅體纖維束，將碳化處理時的張力設為10.3 mN/dtex，並將最高溫度設為1400℃以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於使用了單纖維纖度小的碳纖維前驅體纖維束，因此成形加工性的等級為B，與實施例2相比下降。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表2中。

[比較例5] 除了將碳化處理時的張力設為1.0 mN/dtex，並設為無撚以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為B，稍低。將所獲得的碳纖維束的評價結果記載於表2中。

[比較例6] 除了使用單纖維纖度0.8 dtex的碳纖維前驅體纖維束，將碳化處理時的張力設為10.3 mN/dtex，並將最高溫度設為1900℃以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於殘留的撚數超出本發明的範圍，因此成形加工性的等級為B，與實施例2相比下降。將所獲得的碳纖維束的評價結果記載於表2中。

[比較例7] 除了將碳化處理時的張力設為1.6 mN/dtex以外，以與實施例6同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。成形加工性的等級為B，稍低。將所獲得的碳纖維的評價結果記載於表2中。

[比較例8] 除了將撚數設為0 T/m以外，以與實施例3同樣的方式進行碳纖維化。在碳化步驟中，反覆發生處理中的絲線斷裂的現象，難以採集碳纖維束。

[比較例9] 除了將撚數設為0 T/m以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。在碳化步驟中雖觀察到若干毛羽，但可採集碳纖維束。在所獲得的碳纖維束中存在毛羽，品質稍低。由於殘留的撚數超出本發明的範圍，因此成形加工性的等級為B，與實施例2相比下降。將評價結果記載於表2中。

[比較例10] 除了將碳化處理時的張力設為3.4 mN/dtex以外，以與比較例9同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟的通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例2相比下降。而且，由於殘留的撚數超出本發明的範圍，因此成形加工性的等級為B，與實施例2相比下降。將評價結果記載於表2中。

[比較例11] 在總括性的實施例中，將前驅體纖維束的併線根數設為2根，將單纖維根數設為6,000根，並且將撚數設為0 T/m，將碳化處理時的張力設為3.4 mN/dtex，除此以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟的通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例2相比下降。由於殘留的撚數與總纖度超出本發明的範圍，因此成形加工性的等級為C，與實施例2相比下降。將評價結果記載於表2中。

[比較例12] 除了將撚數設為50 T/m以外，以與比較例11同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟的通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例2相比下降。由於總纖度超出本發明的範圍，因此成形加工性的等級為B，與實施例2相比下降。將評價結果記載於表2中。

[比較例13] 在總括性的實施例中，將前驅體纖維束的單纖維纖度設為0.8 dtex，並且將碳化處理時的張力設為3.4 mN/dtex，除此以外，以與實施例2同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟的通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例2相比下降。由於使用了單纖維纖度小的碳纖維前驅體纖維束，因此成形加工性的等級為B，與實施例2相比下降。將評價結果記載於表2中。

[比較例14] 除了將撚數設為0 T/m以外，以與比較例13同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟的通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例2相比下降。由於使用了單纖維纖度小的碳纖維前驅體纖維束，並且殘留的撚數脫離本發明的範圍，因此成形加工性的等級成為D，與實施例2相比穩定性進一步下降。將評價結果記載於表2中。

[比較例15] 在總括性的實施例中，將前驅體纖維束的併線根數設為2根，將單纖維根數設為6,000根，除此以外，以與比較例13同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟的通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例2相比下降。由於使用了單纖維纖度小的碳纖維前驅體纖維束，並且總纖度脫離本發明的範圍，因此成形加工性的等級為C，與實施例2相比下降。將評價結果記載於表2中。

[比較例16] 除了將撚數設為0 T/m以外，以與比較例15同樣的方式獲得碳纖維束。碳化步驟的通過性良好，所獲得的碳纖維束的品質亦良好。由於碳化處理時的張力脫離本發明的範圍，因此所獲得的碳纖維的彈性係數與實施例2相比下降。由於使用了單纖維纖度小的碳纖維前驅體纖維束，並且殘留的撚數與總纖度脫離本發明的範圍，因此成形加工性的等級為D，與實施例2相比穩定性進一步下降。將評價結果記載於表2中。

[參考例1] 將東麗（Toray）股份有限公司製造的“東麗卡（torayca）（註冊商標）”T700S的評價結果記載於表2中。而且，被賦予了上漿的狀態下的結節強度為826 MPa。成形加工性的等級為B，稍低。

[參考例2] 將東麗（Toray）股份有限公司製造的“東麗卡（torayca）（註冊商標）”M35J的評價結果記載於表2中。

[參考例3] 將東麗（Toray）股份有限公司製造的“東麗卡（torayca）（註冊商標）”M40J的評價結果記載於表2中。

[參考例4] 將東麗（Toray）股份有限公司製造的“東麗卡（torayca）（註冊商標）”M46J的評價結果記載於表2中。

[參考例5] 將東麗（Toray）股份有限公司製造的“東麗卡（torayca）（註冊商標）”M40的評價結果記載於表2中。

[表1-1]

[表1-2]

[表2-1]

[表2-2]

[產業上之可利用性]

本發明是有關於一種兼顧優異的拉伸彈性係數與向複合材料的成形加工性，即便在作為不連續纖維來使用的情況下亦容易維持纖維長度的碳纖維及其製造方法。本發明中所獲得的碳纖維束發揮所述特徵，可較佳地用於航空器·汽車·船舶構件或者高爾夫球杆或釣竿等運動用途等一般產業用途。

Claims (22)

1. 一種碳纖維，股線彈性係數為360 GPa以上，並且股線強度為3.5 GPa以上且單纖維直徑為6.0 μm以上，進而滿足以下的必要條件（I）或（II）； （I）將一端設為固定端，並將另一端設為能夠進行相對於纖維束的軸的旋轉的自由端時，殘留的撚數為2 T/m以上 （II）作為碳纖維而言的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度為740 g/km以上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維，其中單纖維彈性係數Es（GPa）與環斷裂負荷A（N）滿足式（1）的關係； A≧-0.0017×Es+1.02 ･･･式（1）。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的碳纖維，其中，單纖維直徑為6.0 μm以上，股線彈性係數E（GPa）與450℃下的加熱減量率為0.15%以下時評價的結節強度B（MPa）的關係滿足式（2），撚數為20 T/m～80 T/m； B≧6.7×10⁹ ×E^-2.85 ･･･式（2）。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的碳纖維，其中總纖度為850 g/km以上。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的碳纖維，其中股線彈性係數為440 GPa以上。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的碳纖維，其中碳纖維束表層的撚角為2.0°～30.5°。
7. 如申請專利範圍第6項所述的碳纖維，其中碳纖維束表層的撚角為4.8°～10.0°。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的碳纖維，其中單纖維直徑為6.5 μm以上。
9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的碳纖維，其中單纖維直徑為7.4 μm以下。
10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的碳纖維，其中微晶尺寸Lc（nm）與結晶配向度π₀₀₂ （%）滿足式（3）的關係； π₀₀₂ ≧4.0×Lc+73.2 ･･･式（3）。
11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的碳纖維，其中微晶尺寸Lc為2.2 nm～3.5 nm。
12. 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的碳纖維，其中股線彈性係數E（GPa）與微晶尺寸Lc（nm）滿足式（4）的關係； E×Lc^-0.5 ≧200（GPa/nm^0.5 ） ･･･式（4）。
13. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的碳纖維，其中表面氧濃度O/C為0.05～0.50。
14. 如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的碳纖維束，其中長絲數為10,000根以上。
15. 一種碳纖維，單纖維彈性係數Es（GPa）與環斷裂負荷A（N）滿足式（1）的關係； A≧-0.0017×Es+1.02 ･･･式（1）。
16. 一種碳纖維，單纖維直徑為6.0 μm以上，股線彈性係數E（GPa）與450℃下的加熱減量率為0.15%以下時評價的結節強度B（MPa）的關係滿足式（2），撚數為5 T/m～80 T/m； B≧6.7×10⁹ ×E^-2.85 ･･･式（2）。
17. 如申請專利範圍第15項或第16項所述的碳纖維，其中單纖維彈性係數或股線彈性係數為360 GPa以上。
18. 一種碳纖維的製造方法，在空氣氣體環境中，在200℃～300℃的溫度範圍內對碳纖維前驅體纖維束進行耐火化處理，並對所獲得的耐火化纖維束進行在惰性氣體環境中，在最高溫度500℃～1000℃下進行熱處理，直至密度成為1.5 g/cm³ ～1.8 g/cm³ 的預碳化，進而對所獲得的預碳化纖維束進行在惰性氣體環境中進行熱處理的碳化，並且，所述碳纖維的製造方法中，碳纖維前驅體纖維束的單纖維纖度為0.9 dtex以上，將碳化處理中的張力控制在5 mN/dtex以上，並滿足以下的（III）或（IV），而所述碳纖維的股線彈性係數為360 GPa以上； （III）將供於碳化處理的纖維束的撚數設為2 T/m以上 （IV）將所獲得的碳纖維的單纖維纖度（g/km）與長絲數（根）的積即總纖度設為740 g/km以上。
19. 如申請專利範圍第18項所述的碳纖維的製造方法，其中將供於碳化處理的纖維束的撚數設為16 T/m以上。
20. 如申請專利範圍第18項或第19項所述的碳纖維的製造方法，其中碳化處理的最高溫度為1500℃以上。
21. 如申請專利範圍第20項所述的碳纖維的製造方法，其中碳化處理的最高溫度為2300℃以上。
22. 如申請專利範圍第18項至第21項中任一項所述的碳纖維的製造方法，其中在碳化處理後以電流量2 c/g～100 c/g來進行電解表面處理。